[양낙규의 Defence Club]최첨단 인공위성과 우주 쓰레기

[이미지출처=AP연합뉴스]

[아시아경제 양낙규 기자]이달 25일에는 한국형발사체에 탑재되는 75톤급 액체엔진 1기로 구성된 엔진의 시험발사가 이뤄지면서 인공위성에 대한 관심이 커지고 있다.

3차례 도전 끝에 2013년 1월 30일 발사에 성공한 '나로호' 이후 국내에서 우주로켓이 발사되는 건 5년 9개월만이다. 2010년 3월부터 2021년 3월까지 총 3단계 사업으로 착수된 '한국형발사체 개발사업'의 중요한 관문이자 첫 번째 시험무대다. 최종 목표는 1.5t급 아리랑 인공위성을 지상 600~800㎞의 지구 저궤도에 안착시키는 것이다.

▲인공위성 발사체 개발의 역사는= 인공위성의 발사는 탄도미사일(ICBM)이 개발되면서 시작됐다. 인공위성를 쏘아 올리는 로켓과 핵탄두를 쏘아 올리는 로켓은 큰 차이가 없다. 맨 윗부분에 실려 있는 물체가 인공위성이면 위성 발사체이며 핵탄두가 핵탄도미사일로 분류된다.

탄도미사일이 처음 개발한 것은 제2차 세계대전 당시 독일군이다. 당시 탄도미사일 V-2는 인류 최초의 탄도미사일로 연합군의 전략기획에 상당한 영향을 미쳤다. V계열 무기가 존재한다는 사실 만으로도 연합군은 큰 충격을 받았다. 최대 비행속도가 시속 5,760㎞, 목표에 충돌하기 직전의 속도 역시 시속 2880㎞에 달하는 이 로켓을 막아낼 수단이 전무했기 때문이다.

독일군은 1944년 9월 펭귄작전이 시작된 이후 9개월 동안 런던과 안트베르펜 등을 향해 약 6000발을 발사했다. 이로 인해 약 3만 7000채의 주택이 완파됐고 150만 채의 주택이 손상됐다. 또 약 9000명이 사망하고 2만5000명이 부상당했다. 많은 역사가들은 지금까지도 V-2가 실패한 무기였다고 비판하지만 당시 상황에서 V-2만큼 위력적인 무기는 없었다.

V-2는 20세기 후반 미국과 소련의 미사일 개발로 이어졌다. 이에 따라 양국은 V-2로켓과 독일 기술자들을 자국으로 데려가 탄도미사일 개발에 열을 올렸다. 이렇게 해서 구소련은 1957년, 그리고 미국은 1959년에 각각 ICBM 실전배치에 성공했다.

북한이 인공위성 확보목적이라며 발사체를 쏘아 올리지만 국제사회가 우려하는 것도 이 때문이다. 군사전문가들은 '평화적 우주개발 권리'에 따라 인공위성 확보를 목적으로 장거리 로켓을 발사하려는 점을 강조하기 위한 것이라는 분석이다.

▲인공위성 얼마나 되나= 미 합동우주작전본부(JSpOC)가 눈여겨 보고 있는 위성은 공개된 인공위성 400여개 외에도 비공식적으로 각국에서 쏘아올린 군사인공위성은 800여개에 달할 것으로 평가하고 있다. 이때문에 군사용 인공위성이 충돌해 '우주쓰레기(Space Junk)'도 늘어나고 있는 추세다. 우주쓰레기의 숫자는 약 2만여개 이상에 이를 것으로 추정된다. 우주쓰레기의 공식명칭은 궤도 잔해(Orbital Debris)다.

우주공간에 떠돌아 다니는 우주쓰레기의 종류와 크기는 다양하다. 먼지만큼 작은 금속부터 수백kg의 우주선 부품도 있다. 또 개수만 10㎝ 이상이 약 1만9000개, 1~10㎝가 50만 개, 1㎝ 이하가 수천만 개에 달하는 것으로 알려졌다. 대부분의 우주쓰레기는 지상 800~1500㎞ 상공에 떠 있다. 지상 600㎞ 이하에 버려진 쓰레기들은 통상 몇 년 정도면 지구 대기권으로 빨려 들어와 타버린다. 하지만 800㎞ 이상 고도의 쓰레기들은 수십~수백 년간 우주를 떠돈다.

이런 우주쓰레기는 우주공간에서 활동하고 있는 인공위성에게는 치명적인 무기다. 우주 궤도를 도는 파편들은 그 속도가 시속 2만8000㎞(약 초속 8㎞)에 달하기 때문에 충돌하는 순간 대형사고다. 모래알 크기의 파편이라도 시속 160㎞로 날아가는 볼링공과 맞먹는 운동 에너지를 갖는다.

▲인공위성도 추락하나= 지난해 4월 통제 불능 상태에 빠진 중국 우주정거장 '톈궁(天宮) 1호'가 남태평양 한가운데 떨어졌다. 중국 최초의 실험용 우주정거장 톈궁 1호는 2011년 9월 발사됐지만, 5년도 채 되지 않은 2016년 3월 갑자기 원인을 알 수 없는 기능 정지로 제어불능 상태에 빠졌다. 당시 톈궁 1호 추락 범위에 있던 우리나라에는 추락 시점이 가까워지자 팽팽한 긴장감이 감돌았다. 이 위성은 남태평양 일대에 떨어져 별다른 피해는 없었지만 중국은 전 세계적인 망신을 당해야 했다.

추가로 추락할 중국의 우주정거장도 있다. 9개월 뒤에는 중국의 또 다른 실험용 우주정거장이 추가로 떨어질 수 있다는 전망도 나온다. 미국 CNN 등 외신은 중국유인우주선공정판공실(CMSEO)의 발표를 인용해 중국의 두 번째 우주정거장 톈궁 2호가 2019년 7월 중에 지구 대기권으로 재진입할 계획이라고 밝혔다.

다만 이번에는 전작인 톈궁 1호와 달리 제어한 상태에서 안전한 곳에 떨어뜨리겠다는 게 중국 측의 목표다. 톈궁 2호는 2016년 발사돼 2년간 지구 궤도를 돌며 임무를 수행했는데 발사 첫해 우주비행사 2명이 해당 시설에서 1개월 간 체류하며 의학과 물리학, 그리고 생물학에 관련한 실험을 진행했었다고 중국 관영 신화통신은 보도한 바 있다. 중국은 오는 2022년까지 실질적인 우주정거장 기능을 수행할 수 있는 톈궁 3호를 발사하겠다는 목표 아래 지금까지 말 많고 탈 많은 톈궁 프로그램을 진행하고 있는 것으로 알려졌다.

▲인공위성 추락 위험 대비는= 각국에서 우주쓰레기를 감시하고 요격하기 위한 기술을 개발하고 있다. 추락할 경우 피해가 크기 때문이다. 러시아는 지난 2002년 7월에는 타지키스탄의 해발 2200m 산 꼭대기에 옥노(okno)광학우주감시시설을 완공했다. 이 곳에서는 4만km고도의 인공위성과 우주잔해물을 감시한다. 또 지난해에는 미국 미사일방어를 위해 고도 6000km이내 500여개의 목표물을 탐지할 수 있는 장거리 조기경보레이더를 배치했다.

중국은 1970년대부터 상하이와 베이징에 위치한 우주감시시설을 통해 광학, 레이더, 레이저장비를 활용한 우주감시추적소를 운영하고 있다. 중국은 1980년대 초 개발된 레이저를 이용해 인공위성 레이저 관측소(SLR)를 운영하고 있다. 당시 궤도추정 정밀도는 저궤도위성에 대해 1~2m수준이었다. 현재는 1,56m광학망원경, 60cm레이저위성추적시스템을 추가로 구축하고 주야간위성에 대한 감시를 수행하고 있다.

요격기술도 진화하고 있다. 위성 요격은 1985년 8월 13일 미국에서 처음으로 성공했다. 미공군은 위성요격을 위해 F-15 전투기를 이용했다. F-15 전투기는 지상 24㎞까지 올라가 수직으로 미사일을 발사해 지구 상공 555㎞에 있던 우주 관측 위성을 파괴했다. 최근에는 공상과학(SF) 영화에서처럼 레이저를 쏘아 위성을 파괴하는 기술도 개발 중이다. 미 공군은 지난 2007년 보잉747기 앞머리에 장착한 저출력 레이저 발생기로 무인기를 파괴했으며, 2010년에는 고출력 레이저로 무인기 요격에 성공했다. 보잉747기 내부에는 레이저를 만드는 발전기가 들어 있다.

양낙규 기자 if@asiae.co.kr